在循环存在时列出物料平衡方程式

（四）过程的物料衡算
1、循环过程
例如在生产 中一般将未反应的原料与产品先分离，后循环返回原料进口处，与新原料一起再进入反应器反应
例如苯直接加氢转化环己烷中的循环过程：
在没有循环时，一系列单元步骤的物料衡算可按顺序依次进行，每次可取一个单元．但是，如果有循环的话，由于循环量并不知道，所以逐次计算并不能计算出循环量．
试差法：假定一个循环量估计值进行计算，将估计值与计算值比较，若不符，重新假定一个估计值，一直计算到估计值与计算值之差在一定的误差范围内．
代数解法：在循环存在时，列出物料平衡方程式，并求解一般方程式中以循环量作为未知数，应用联立方程式的方法进行求解．
苯直接加氢转化环己烷中的循环过程的衡算
解：反应为：C6H6+3H2→C6H12
基准：100kmol/h 环己烷
查苯的转化率为99%
则生产100kmol/h 环己烷需苯
100／0.99=101.01kmol/h
未反应的苯为
101.01-100=1.01kmol/h
产物中含H2,设含量为nH2
总产量＝100+1.01+3.12=104.13kmol/h
其摩尔分数为
H2的进料率为 100×3＋3.12=303.12kmol/h
苯的进料率为 101.01kmol/h
设H2循环量为R
R=100.92kmol/h
纯C 6H 6
20%C 6H 6 96.0126=H C x 01.066=H C x 03
.02=H x 3.001.110022=++H H n n h Kmol n H /12.32=2.012.30301.10101.101=++R。

物料平衡计算公式：
每片主药含量
理论片重=
测得颗粒主药百分含量
1.原辅料粉碎、过筛的物料平衡
物料平衡范围:97.0%～100% +c b
c-取样重量(kg)d-尾料重量(kg)
4.包衣工序的物料平衡
包衣工序的物料平衡范围:98.0%～100.0%
包衣工序的物料平衡=b
a e d c +++ 包衣工序的收率=b
a c + a-素片重量(kg)b-包衣剂重量(kg)c-糖衣片重量(kg)d-尾料重量(kg)e-取样量(kg)
5.内包装工序物料平衡
内包装工序物料平衡范围:99.5%～100.0%
包材物料平衡=%100⨯++++A
a d c
b B a-PTP 领用量(kg)b-PTP 剩余量(kg)A-PVC 领用量(kg)
B-PVC 剩余量(kg)c-使用量(kg)d-废料量(kg)
片剂物料平衡=%100⨯++d c b
粉碎过筛后原辅料总重
(物料平衡范围应控制在99.8～100.2%)
2.制粒干燥、整粒总混岗位物料平衡检查:
总混后重量+不良品
╳100%
干颗粒净重+润滑剂+崩解剂
(物料平衡范围应控制在99.0～100.0%)
3.充填抛光岗位物料平衡检查:
胶囊总重+细粉+不良品+废胶囊壳重量
╳100%
颗粒总重+胶囊壳重量
(物料平衡范围应控制在96.0～101.0%)
4.铝塑内包岗位物料平衡检查:
(成品板总重/平均每板重量+不良品)×规格(粒/板)
╳100%。

组分
苯酐
顺 酐 邻二甲苯
O2
N2
其他
合计
%（mol） 0.65
0.04
0.03
16.58
78
4.70
100
O-xylene air
【O】 Conversion
O-xylene
O2 Benzoic acid anhydride
Cis-butenedioic anhydride
N2 Others
４、以节点进行计算
）
则总蒸发水量为
W总
8000（0 1
15 ） 60
60000k
g
/
h
四效蒸发系统的物料衡算过程
第三效蒸发水量为
15
W
80000(1
) 17.8
12600kg
/
h
进入第Ⅳ的料液量 80000-12600=67400kg/h
则第Ⅳ效的蒸发水量WⅣ为
67400(1 17.8 ) 14300kg / h 22.6
输入(某种元素)＝输出(同种元素) ➢对反应过程中化学反应很复杂，无法用一、 两个反应式表示的物料衡算，可以列出元素 衡算式，用代数法求解。
丙烷充分燃烧时，要供给的空气量为理论量的125%，问每 10mol燃烧产物，需多少mol的空气？反应：
C3H8+5O2
3CO2+4H2O
丙烷 空气 （O2 N2）
101.01
0.2
101.01 303.12 R
R=100.92kmol/h
Eg1-4 合成氨方面的工艺计算
循环气R
原料F1 F2 1%氩气、 甲烷
reactor
驰放气F4
12.5%惰性气 体

① 反应器的循环物流；② 分离器的循环物流
38
4.8 复杂化工过程的物料衡算
3.循环过程的物料衡算
N4
N1
U
混合器
N2
单元设备
N3
S
分离设备
N5
3个子体系，总体系3个独立的
39
1.收率和转化率
反应消耗的反应物的量 转化率 100% 进入反应器的反应物的 量
连续稳定流动过程收率的计算：
xj
xj
r 'j N 进， j
( N 进， j N 出， j ) N 进， j
26
100 %
4.7 有化学反应过程的物料衡算
1.收率和转化率——选择性
生成目的产物所消耗的 反应物的量 选择性 100% 反应消耗的反应物的量
E s
i
i, j
i,k mk 0
i, j
N i xi, j σ j,k 0
k 1 i 1 j 1
E
c
N x
k 1 i 1 j 1 i
17
c
σ j,k mk 0
4.4 物料衡算式
（4）自由度分析 方程组自由度≡变量数－方程数
方程组自由度﹤0 方程组自由度﹥0 方程组自由度＝0 无解 多解（超定解、不定 解） 有唯一确定解
平均质量流量 摩尔流量 流股i 的流量
N 进和N出
X i, j ; x i, j
组分j在流股i的组成 组分j在流股i的原子系数 元素k的原子量
M i ; Fi ; N i
i, j mK
12
4.4 物料衡算式
1.物料平衡式 （1）总质量平衡式 敞开（开放）系统的物料平衡式